Потребительская корзина радиолюбителя
создание документов онлайн
Документы и бланки онлайн

Обследовать

Администрация
Механический Электроника авиация автомобиль сооружения
биологии
география
дом в саду
история
литература
маркетинг
математике
медицина
музыка
образование
психология
разное
художественная культура
экономика





















































Потребительская корзина радиолюбителя

Механический Электроника



Отправить его в другом документе Tab для Yahoo книги - конечно, эссе, очерк Hits: 1102



дтхзйе дплхнеофщ

Законы Стефана — Больцмана и смещения Вина
Уравнения Максвелла
ФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Силы трения
Резонанс токов
Судоходные каналы
Космическое излучение
Атом водорода в квантовой механике
Распределительное устройство Зажигания
Расчет центробежного насоса Расчетная работа (ПЭ ПАХП. 000000.021. РР)
 

Потребительская корзина радиолюбителя

В этой главе...

> Подбор правильного типа проводов

> Питание от батареек и солнечных батарей

> Использование переключателей

> Контроль выходных состояний логических элементов

> Подстройка сигналов при помощи катушек индуктивности и кварцевых генераторов

> Детектирование при помощи сенсоров

^ Изучение принципа работы двигателей постоянного тока

> Генерация звука при помощи громкоговорителей и сирен

Хотя резисторы, конденсаторы, диоды и транзисторы, речь о которых шла в главе 4, и являются чертовски важными электронными компонентами (будет очень и очень проблематично найти хоть одну схему в мире, где бы они не использовались), существуют и другие радиодетали, которые можно с успехом применять на практике.

Некоторые го этих дополнительных радиоэлементов, такие как провода, соединители и батареи, просты до неприличия. В конце концов, построить электронную схему без использования проводов или источника питания будет весьма затруднительно. Однако есть и более интересные детали, которые мы обсудим в данной главе, но которые применяются лишь от случая к случаю. Вряд ли кому-то, например, придет в голову идея использовать в каждой второй схеме сирену, однако, если вдруг понадобится построить устройство сигнализации, она несомненно пригодится.

В данной главе будут обсуждаться вопросы приобретения целого ряда разносортных радиодеталей: некоторые из них могут понадобиться радиолюбителю немедленно, о других же стоит помнить разве что на всякий случай.



Электрические соединения

Изготовление электронной схемы требует обязательного соединения между собой электрических компонентов, чтобы позволить току протекать через них. В подразделах ниже речь пойдет о связующем звене электроники: проводах, кабелях и соединителях.

Провода

Провода, которые используются в электронике, на деле представляют собой простую металлическую жилу, обычно из меди. Они имеют лишь одну функцию — позволять течь потоку электронов. При всем том оказывается, что при работе с электронными поделками можно применять несколько разных типов проводов, и о том, как правильно выбрать нужный, мы и поговорим в этом разделе.

Многожильный или одножильный провод?

Если разрезать провод обычной бытовой электролампы (сначала, конечно, следует убедиться, что это та самая старая лампа, которую хочет выбросить ваша тетушка, а затем обязательно отключить ее от сети!), то можно увидеть, что он состоит из нескольких жгутов очень тонких жилок, возможно, даже изолированных. Такой провод называется многожильным. Если же вдруг провод 656c28eg к лампе окажется состоящим только из одного проводника, то перед вами — одножильный провод. Примеры этих типов проводов изображены на рис. 5.1.

В каких же случаях используется каждый из приведенных выше типов проводов? Это не так сложно, как может показаться на первый взгляд. Многожильный провод применяют там, где проводник нужно часто гнуть или сматывать. К примеру, для выводов мультиметра используют именно многожильные провода, потому что они часто сгибаются, и, если взять простой провод, через несколько минут он просто сломается в месте изгиба.

Одножильный же проводник удобно использовать на макетных платах (о них подробнее в главе 7) и вообще там, где не планируется часто двигать провод. Одну жилу значительно легче вставить в переходное отверстие на плате, да и форму, в которую ее согнули, она держит не в пример лучше. Если для тех же работ взять многожильный провод, то придется распутать его жилы, чтобы протолкнуть в узкое отверстие, при этом не только испортится его внешний вид, но и можно что-то замкнуть.

Размер тоже важен

При сборке схемы правильный выбор провода почти столь же необходим, как подбор радиодеталей согласно их параметрам. Провода характеризуются толщиной, или, выражаясь техническим языком, диаметром. Чем толще проводник, тем больший ток он может пропускать.

В качестве руководства по выбору толщины провода можно привести следующие простые рекомендации.

> Для большинства электронных проектов достаточно проводов диаметром 0,5 мм.

> Для применения в относительно тяжелых условиях, где токи могут быть весьма значительны, рекомендуется брать проводник диаметром не менее 1 мм.

> Для монтажа на печатных платах при помощи проводов удобно использовать совсем тонкий провод диаметром 0,25 мм.

Сказанное в предыдущем абзаце справедливо для всех проектов, с которыми вы столкнетесь в главах 14 и 15. Провода большего диаметра используют в задачах с большими величинами токов: например, для питания электроплиты на кухне следует выбрать провод диаметром не менее 4 мм.

Если вам вдруг когда-нибудь придется работать над проектом, в котором вы столкнетесь с более высокими напряжениями, чем те, которые встретятся в этой книге, то для правильного выбора проводов лучше уточнить технические требования или ознакомиться с рекомендациями надежных источников. Диаметры проводов, которые предписаны к использованию в бытовых условиях, приведены, например, в ГОСТ 22483-77. Убедитесь также, что у вас имеются необходимые навыки и достаточный объем знаний по технике безопасности, прежде чем приступать к работе с высоковольтными цепями.

Радуга из проводов

Тот, кто утверждает, что электроника сера и монотонна, или не знает, о чем говорит, или никогда в жизни не видел проводов. Изолирующая оболочка проводников почти всегда имеет определенный цвет, чтобы идентифицировать назначение данного проводника.

Взгляните, к примеру, на провода, идущие внутри телефона к обычной 9-вольтовой батарее. Как видите, один из проводов черный, другой — красный. Красный провод всегда присоединяется к положительному выводу батареи, а черный — к отрицательному.

При сборке схемы при помощи проводников (например, при использовании макетной платы) также рекомендуется использовать разноцветные проводки, чтобы показать разные типы подключений. Эта простая уловка поможет вам (если, конечно, у вас не фотографическая память) или кому-нибудь еще легко идентифицировать назначение подключений и элементов при повторном взгляде на готовую схему.

Приведем список различных применяемых в электронике и устоявшихся цветов, а также предполагаемое их назначение.

Красный используется для соединений с источником положительного потенциала +U.

> Черный применяют для соединений с источником отрицательного потенциала -Uили с землей, хотя в последнем случае разрешается использовать и зеленый.

> Желтый или оранжевый применяют для входных сигналов, например с микрофона. Если таких сигналов в схеме несколько, то желательно использовать свой цвет для каждого.

Связка проводов в кабели или шнуры

 Кабелем  называется группа из двух или более проводов, защищенных от окружающей среды общим слоем изолирующего материала, как и многожильный провод, речь о котором шла выше. Однако кабель отличается от такого провода прежде всего тем, что в нем каждая отдельная жила также спрятана в изолирующую оболочку. Таким образом, кабели более устойчивы к механическим воздействиям, чем отдельные провода, и потому их используют для прокладки между отдельно стоящими узлами оборудования.

 К слову, ваш телевизор и DVD-плейер также соединены посредством кабеля, имеющего штекерные соединители.

Соединения и соединители

 Если взглянуть на типичный кабель, идущий, скажем, от компьютера к принтеру, то можно увидеть, что на его концах есть некие штуковины го металла или пластика. Неудивительно, что на корпусах компьютера и принтера имеются розетки специальной формы, куда кабель и вставляется. Наконечники кабеля оснащены ни чем иным, как  соединителями. Такой соединитель, который вставляется в разъем на корпусе, называют штекером, а разъем в корпусе электронного устройства — гнездом или розеткой. Штекеры и гнезда служат для подключения посредством соответствующего кабеля разных устройств.

Ниже представлены типы соединителей, наиболее распространенные в электронике.

> Клеммные соединители и колодки применяют только вместе как наиболее простой тип разъема. Клеммная колодка представляет собой набор из некоторого числа прижимных винтов, которые нужно закрепить на шасси или корпусе устройства. Далее конец провода, который нужно подключить при помощи данного соединения, припаевается (или зажимается) к клемме. Теперь, если нужно соединить два провода, достаточно затянуть их клеммы при помощи одного и того же прижимного винта колодки, обеспечив, таким образом, надежный контакт. В большинстве простых проектов такого соединения хватает "с головой".

> Еще одна вариация клеммного соединения отличается от предыдущего типа лишь тем, что колодка предназначена для пайки непосредственно на печатную плату. Такое изменение конструкции позволяет просто вставлять один конец провода в контакт на разъеме, вместо того, чтобы припаивать его к клемме.

> Вилки (штекеры) и розетки (гнезда) используются, например, для передачи аудиосигналов между электрогитарой и усилителем; в таком случае кабель выглядит точно, как тот, что изображен на рис. 5.2. На обоих концах этого кабеля есть по штекеру, а на корпусах гитары и усилителя имеется по соответствующему гнезду. Такой тип кабеля состоит из одной или двух сигнальных жил, вокруг которых под изоляцией обязательно присутствует еще и металлическая экранирующая оболочка. Она уменьшает внешние помехи и шумы, которые могут исказить сигнал.

> Выводные колодки используются, как правило, для вывода сигналов с печатных плат (о них более подробно см. в главе 12). Разъем такого типа соединителя устанавливается на плате, а штекеры паяются или зажимаются в плоском кабеле1. Прямоугольная форма разъема позволяет относительно легко подводить сигналы к каждому контакту и разводить их по плате. Такие соединители характеризуются, прежде всего, количеством контактов, или штырьков: например, существуют 40-или 28-выводной разъемы. Их чрезвычайно удобно использовать в схемах с несколькими отдельными печатными платами и большим количеством отходящих сигналов между ними; им также можно найти применение при конструировании роботов и т.п.

В электронике используется и множество других типов соединителей, о которых, однако, совсем необязательно знать до тех пор, пока они не понадобятся в каком-нибудь нетривиальном проекте. И помните: если при постройке межгалактического звездолета или сверхбыстрого карманного компьютера вам вдруг понадобится один из них, вы всегда можете побродить по сайтам производителей на просторах Интернет.

 Включаем  питание

Даже все провода и разъемы в мире не смогут вам помочь, если в схеме отсутствует источник питания. После окончания первой фазы проекта — разработки схемы — понадобятся ток и напряжение, чтобы включить схему. Питание можно взять из настенной розетки (об этом уже говорилось в главе 3), от батареек или солнечных батарей.

Для электронных поделок основную роль играют именно два последних типа источников питания, поскольку они имеют небольшие габариты и являются переносными. В следующих подразделах речь пойдет о том, как правильно выбрать батареи или солнечные элементы для вашей схемы.

Врубим питание от батарей

Для получения электричества от батарей используется процесс, называющийся электрохимической реакцией, который генерирует положительный потенциал на одном выводе батареи и отрицательный— на другом. Этот процесс включает помещение двух разных металлов в химическое вещество определенного типа, но так как перед вами не Химия для "чайников" от Дж. Т. Мура, то мы не будем углубляться в особенности протекающих внутри батарейки реакций.

В целом, батареи можно охарактеризовать согласно размерам, генерируемым напряжениям и типу химического вещества, содержащегося внутри (например, "угольно-цинковые" или "никель-кадмиевые" батареи).

Самые распространенные батареи - на каждый день

 Итак, начнем со стандартных, неперезаряжаемых батарей, которые можно легко приобрести в магазине. Цилиндрическая батарейка любого распространенного типа— AAA, АА, С и D— генерирует 1,5 В. Транзисторная батарея выглядит иначе— она вьшолнена в виде па-раллелепипеда и больше всего по габаритам напоминает слегка уменьшенный спичечный коробок, генерирует она 9 В. Иногда встречаются еще и фонариковые батареи (такие большие квадратные батарейки, похожие на 9-вольтовые, которые иногда вставляют в фонари размером с хороший прожектор), напряжение на выводах которых равняется 4,5 В.

Для того чтобы получить требуемое напряжение, можно соединить вместе любое количество 1,5-вольтовых батарей. Так, соединив отрицательный полюс одной батареи с положительным полюсом второй (такое соединение называется последовательным), как показано на рис. 5.4, вы получите удвоенное напряжение, т.е. 3 В.

Батареи удобно укладывать в специальный отсек или пенал. Правильно вставив в него определенное количество батарей, можно сразу получить требуемое напряжение: скажем, 6 В при использовании пенала на четыре 1,5-вольтовые батарейки или 9 В для 6 штук и т.д. Такой отсек, рассчитанный на 4 батарейки типа АА, показан на рис. 5.5.

Максимальное время работы батарей типа АА

Мерой того, сколько тока может дать батарея за заданный промежуток времени, (то есть — ёмкость батареи. - Примеч. ред.) служат ампер-часы и миллиампер-часы. К примеру. 3-вольтовая транзисторная батарейка обычно имеет емкость 500 миллиампер-часов (это значение, впрочем, может варьироваться о зависимости от её типа; см раздел "Классификация батарей»). Такая батарея, следовательно, может запитывать схему, потребляющую 25 миллиампер, на протяжение 20 часов тех пор, пока напряжение на ее выводах не начнет падать. Батареи типа АА обычно имеет емкость около 1500 миллиампер, и, следовательно, набор из четырех последовательно соединенных батареек АА может питать ту же схему уже 60 часов.(Общая емкость батарей при последовательном соединении равняется емкости наихудшей из них. При параллельном соединении емкость суммируется, как будет видно из следующего абзаца. — Примеч. ред.)

Батарейки, которые работают и работают

Если имеется схема, которая потребляет довольно значительный ток, или некоторое устройство планируется использовать без вьтключения, то она может "высосать" батарейки так же быстро, как в кинотеатре -заканчивается попкорн. В таком случае вьтгоднее применять:

> батареи размеров С и D:поскольку они больше, чем простые батареи АА, следовательно, и химических веществ в них также больше, а значит, они и дольше прослужат;

 Для многих проектов, в которых нужно получить напряжение питания, равное 9 В, предпочтительнее использовать 6 цилиндрических батареек типа АА вместо одной 9-вольтовой. Почему? Емкость таких батареек выше, чем у 9-вольтовой, и они прослужат дольше. Количество тока, которое батарея может генерировать до своего иссякания, зависит от типа и количества же химических соединений внутри. Шесть последовательно соединенных батарей типа АА содержат больше таких веществ, чем одна 9-вольтовая, и потому проработают дольше (в данном случае предполагается, что оба типа батарей содержат одинаковые по составу вещества, а речь об этом пойдет в разделе "Классификация батарей по их составу"). При использовании батареи она претерпевает необратимые изменения и изнашивается, в результате чего выходное напряжение постепенно падает. Если, к примеру, измерить напряжение на выводах 9-вольтовой батареи через несколько дней после ее использования, то его величина может упасть до 7 В. 4



> Перезаряжаемые батареи (аккумуляторы): некоторые батареи позволяют возобновлять начальный химический состав, возвращая, таким образом, способность генерировать ток. Они носят название аккумуляторов. Подробнее о них будет написано в следующем подразделе.

Хотя некоторые смельчаки и отваживаются перезаряжать обычные батареи, это очень плохая идея. Из батареи может вылиться кислота, а в худшем случае она может даже взорваться — далеко не самое безопасное зрелище!

Классификация батарей по их составу по их составу

Кроме размеров, батареи классифицируют и по составу химических веществ, которые они содержат. Обратите внимание на то, что те или иные вещества может содержать батарейка любого размера, а сам тип вещества определяет, прежде всего, не столько габариты, сколько то, можно ли перезаряжать данную батарею.

Перед покупкой перезаряжаемых батарей следует убедиться, что имеющееся зарядное устройство предназначено для заряда именно этого типа батарей.

Ниже перечислены батареи и составляющие их химические вещества, которые наиболее часто встречаются в доступных типах элементов питания.

> Угольно-цинковые: этот тип батарей находится в нижнем по качеству ряду непе-резаряжаемых батарей. Хотя такие элементы и стоят недорого, их приходится частенько менять.

> Алкалайновые: рекомендуем применять именно этот тип батарей. Срок их эксплуатации примерно втрое дольше, чем у угольно-цинковых, и если в каком-то из проектов обнаружится, что и такие батареи требуют частой замены, то пришла пора обращаться к аккумуляторам.

> Никель-кадмиевые (Ni-Cd): в недалеком прошлом это был наиболее популярный тип перезаряжаемых батарей. Основным недостатком таких элементов является так называемый эффект памяти, хотя сейчас производителям удалось свести его воздействие к минимуму. Этот эффект заключается в том, что перед повторной перезарядкой никель-кадмиевый аккумулятор требует полного разряда, да и сама зарядка также обязательно должна быть выполнена до конца, иначе батарея навсегда потеряет часть емкости. Никель-кадмиевые аккумуляторы генерируют около 1,2 В.

> Никель-металгидридные (Ni-MH): выходное напряжение батарей данного типа также составляет около 1,2 В, но они уже не страдают от эффекта памяти, присущего аккумуляторам предыдущего типа5. Если для некоего прибора было решено выбрать перезаряжаемые батареи, то мы бы порекомендовали именно этот тип. Покупка зарядного устройства и пары таких аккумуляторов может со временем сэкономить приличную сумму денег.

> Литиевые, или литий-ионные (Li-Ion): если в проекте необходимо использовать небольшую и легкую батарею, то стоит взглянуть в сторону литиевых элементов. Батареи данного типа могут генерировать более высокие уровни напряжения, около 3 В и выше, однако они стоят больше и не всегда перезаряжаются6. И все-таки, если в основу заложен вес изделия (как, например, в роботехнике), они могут стать основным источником энергии.7

 Пока что не стоит волноваться по поводу тяжелого выбора между литий-ионными и литий-полимерными батареями. Хотя некоторые эксперты и уверяют, что технология производства литий-полимерных аккумуляторов постоянно эволюционирует и позволит в недалеком будущем добиться значительных успехов, в настоящее время не существует каких-либо параметров, по котором бы они чем-то превосходили обычные литиевые элементы . Потому при поиске подходящего источника питания следует руководствоваться исключительно степенью доступности и стоимостью.

Питание от солнечных батарей

 В главе 4 обсуждалось интересное свойство полупроводниковых светоизлучающих диодов, которые генерировали свет при пропускании через них электрического тока. Оказывается, справедливо и обратное: если освещать полупроводники светом, то они будут генерировать ток. Каждый элемент  солнечной батареи представляет собой всего-навсего большой диод, который генерирует электрический ток, будучи подвержен воздействию освещения — например, солнечного.

 Для того чтобы запитать схему, с успехом можно воспользоваться солнечной батареей, состоящей из множества отдельных элементов. Для этого необходимо тщательно взвесить требования к току и напряжению источника питания и соотнести их с габаритами батареи. К примеру, солнечная батарея размером 25 х 25 см способна при ярком солнечном освещении генерировать ток до 100 мА при выходном напряжении 5 В. (Видимо, данные авторов несколько устарели: современные солнечные элементы имеют КПД до 18 %, и позволяют получить на такой же площади токи до 4 ампер при тех же остальных параметрах. — Примеч. ред.) Если же нужно получить ток 10 А, то размеры панели солнечной батареи могут оказаться чересчур большими для данного конкретного проекта.

Перед тем как остановить выбор именно на солнечных элементах, внимательно изучите следующие критерии.

> Планируется ли содержать солнечную батарею в частности и все изделие в целом на прямом солнечном свету? Если нет, то стоит подумать о выборе другого источника энергии или о проектировании схемы питания таким образом, чтобы ток от солнечных батарей заряжал аккумуляторы, питающие схему, даже когда темно.

> Соответствуют ли размеры солнечной батареи конструктивному решению всего изделия? Если нет, то следует или уменьшить потребление энергии или поискать другой источник питания.

 В ключение и выключение электричества

Итак, вы уже отыскали пару проводов во все увеличивающейся куче электронного хлама и готовы соединить вместе схему и батарейки. Но как же вы собираетесь включать и выключать питание? Для этой цели существует множество переключателей и реле, речь о которых и пойдет в этом разделе.

 Вкл.  и Выкл. с помощью переключателей

Когда ваша рука выключает свет в комнате, вы просто отсоединяете контакты, через которые ток идет к лампе на потолке. Так работают все ключи: контакт замыкается, чтобы пропускать ток, и размыкается, чтобы останавливать его.

 При выключении фонарика ключ переводится в положение  "Выкл", при котором контакт в цепи разрывается, и ток через ключ не поступает. При включении соответственно (положение "Вкл.") контакт замыкается и образует путь для тока.

Начиная с простых вещей

 Ручные фонарики, обычно, оснащаются скользящими, или  ползунковыми, переключателями. Такой переключатель скользит в направляющих и замыкает или размыкает цепь. На рис. 5.6 изображены и другие типы переключателей (тумблеры, кулисный и лепестковый переключатели).

Все они выполняют одну и ту же функцию, поэтому желательно сразу определить, какой из них будет наиболее удобно найти и использовать в очередном изделии. К примеру, ползунковый переключатель удобно применять для монтажа на гладкой и круглой ручке фонарика благодаря его эргономической форме, а тумблер будет эффективнее на стационарном приборе на рабочем месте.

Что же собой представляет лепестковый переключатель? В главе 15 рассказывается, как его можно успешно использовать в качестве своеобразного мини-бампера, который сигнализирует роботу об ударе о какую-то поверхность.

Существуют еще и обычные кнопочные переключатели. Они бывают трех видов.

> Нормально замкнутые без фиксации: кнопка, нажатая на таком переключателе, размыкает контакт.

> Нормально разомкнутые без фиксации: кнопка, нажатая на переключателе, замыкает контакт.

> Переключатели с фиксацией:кнопка, нажатая один раз, замыкает контакт, нажатая повторно — размыкает его.

В электронике кнопочные переключатели наиболее часто применяются для запуска или прекращения работы какой-то схемы. К примеру, нормально разомкнутая кнопка обычного дверного звонка при нажатии заставляет его звонить.

Что внутри ключа?

 Простые переключатели, речь о которых шла выше, относятся к так называемым однополюсным однонаправленным ключам, обозначаемым в литературе как SPST (Single-pole single-throw). Не стоит переживать о том, чтобы запомнить все их типы, поскольку принцип работы всегда остается один и тот же: к ключу подводится один провод, а другой выводится из него наружу.

 Ну а для того, чтобы просто разнообразить знания о различных типах переключателей, приведем примеры еще и двухполюсных ключей. Тогда как  однополюсные переключатели имеют лишь два провода, двухполюсные подсоединяются сразу к трем. Далее: если однонаправленные ключи постоянно замыкают и размыкают только одну пару контактов, то двунаправленные позволяют выбирать, какой именно из пары входных проводов соединить с каким из двух выходных.

Существуют следующие одно- и двухполюсные варианты переключателей.

> Однополюсные двунаправленные (single-pole double-throw — SPDT). В таких ключах есть один входной и два выходных провода. Переключатели данного типа применяются тогда, когда нужно выбрать, какое из пары устройств должно быть подключено к схеме (к примеру, зеленый светодиод может сообщать людям у кабинета о том, что у доктора свободно, и красный — что занято).

> Двухполюсные однонаправленные (double-pole single-throw — DPST). В таких ключах есть уже два входных и всего один выходной провод. Переключатели данного типа применяются для управления двумя отдельными схемами. К примеру, одна из них может питаться от источника 5 В, а вторая — от 12 В. Тогда одним-единственным ключом можно будет включать или выключать сразу обе схемы.

> Двухполюсные двунаправленные (double-pole double-throw — DPDT). Наконец, в таком ключе есть два входных и сразу четыре выходных провода. Двухполюсный двунаправленный переключатель имеет три позиции. В первой замыкается одна пара выходных контактов, во второй— все контакты размыкаются (иногда, впрочем, подобные ключи не имеют позиции с размыканием). И в третьей позиции со входными контактами замыкается вторая пара из четырех выходных контактов. Ключи данного типа удобно использовать для изменения полярности напряжения постоянного тока, поступающего к двигателю, и, таким образом, управлять направлением его вращения. В одной позиции мотор будет вращаться по часовой стрелке, в другой — против, а в третьей он будет просто выключаться.

Щелчок реле

Предположим, что ваш старший брат делает регулярные набеги на холодильник, опустошая полки, и вы запланировали сделать такую небольшую систему сигнализации, которая бы при приближении брата включала на всю мощность сирену и световые сигналы предупреждения, чтобы спугнуть его. Однако возникла небольшая проблемка: устройство должно работать от 5-вольтового источника питания, а его может не хватить для удовлетворения всех потребностей схемы. Решение проблемы — использовать реле.

Как работает реле

 Реле  называется просто электрически переключаемый ключ. Когда на реле подается напряжение, в нем включается электромагнит и замыкает контакт внутри. Если подключить реле к 220-вольтовой розетке, то им будет можно коммутировать более чем достаточную мощность, чтобы напугать целую армию братьев.

Наука об электромагнитах

 Как же работает сердце реле — электромагнит! Он представляет собой простую катушку из обычного провода, намотанную вокруг железного стержня или даже просто  гвоздя. Когда по проводу течет ток, этот стержень приобретает магнитные свойства, если жe ток отключить, то свойства пропадают.

 Два магнита притягивают или отталкивают друг друга в зависимости от того, какими концами (или полюсами) их приближать. Ключ, который помещен внутри корпуса реле, т  имеет вид рычага, соединенного с магнитом, как показано на рис. 5.7. Если подать на юнцы обмотки напряжение, то электромагнит притянет рычаг и, таким образом, замкнет контакт и скоммутирует положенные 220 В на все ваши сирены и лампы (привет, братишка!). Когда же напряжение с обмоток снимается, электромагнит отключается, и пружина толкает рычаг вверх, размыкая цепь.

В продаже имеются реле на напряжения питания 5, 12 и 24 В, оснащенные как однополюсными, так и двухполюсными ключами (о типах ключей, если помните, речь шла в разделе "Что внутри ключа?").

 Чаще говорят о замыкании контактов реле, чем о том, что внутри реле замыкается ключ и т.п. Также принято называть рычаг внутри реле  якорем. Но, как его не назови, от этого реле иначе работать не станет.

Логика решений. Логические элементы

Тот, кому хоть когда-нибудь приходилось играть в шахматы, должен знать, что логика этой сложнейшей игры подчиняется весьма простым правилам. Если вражеский слон угрожает белой ладье, то у нее есть строго ограниченное количество ходов, и все их можно прокрутить в голове, чтобы попытаться спасти фигуру.




Однако, интересно, как же это удается компьютеру, когда вы играете с ним в виртуальные шахматы?

 Опуская подробности о сложных программных и схемотехнических уловках, необходимых для переноса шахмат с доски на компьютер, можно смело утверждать, что все схемы и программы подчиняются какой-то строгой логике. Она, в свою очередь, обязана своим происхождением так называемым логическим элементам.  Логические элементы представляют собой интегральные микросхемы, на выходах которых, подчиняясь некоторому набору правил и в зависимости от вида входных сигналов, формируются выходные сигналы. Как правило, стандартные элементы имеют пару входов, хотя есть, например, инверторы, имеющие лишь один вход, и элементы, имеющие более двух входов.

Использование логики в электронике

Хотя придумать новое поколение компьютерных шахмат может оказаться не по плечу начинающему радиолюбителю, логические элементы могут сослужить хорошую службу. Тот же микрокалькулятор, которым каждый день пользуются бухгалтеры, состоит из набора логики, которая складывает, умножает, делит и отнимает числа. На первом этапе знакомства с электроникой вполне можно самостоятельно построить схему на логических элементах, которая будет считать, сколько раз открывалась дверь в доме, и, таким образом, регистрировать количество уходов и приходов к вам домой.

 Когда говорят о состоянии входов или выходов логических элементов, употребляют термины "высокий уровень напряжения" (логическая 1) и "низкий уровень напряжения" (логический 0). В типичной электронной схеме  высокий уровень на входе ИМС означает наличие на нем напряжения 5 В, а низкий уровень — нулевой потенциал.

Основные логические элементы

Чаще всего приходится сталкиваться с логическими элементами пяти видов: И, ИЛИ, инвертором (элемент НЕ), И-НЕ (элемент И и элемент НЕ в одном корпусе) и ИЛИ-НЕ (ИЛИ и НЕ в одном корпусе). Выходные сигналы всех этих элементов для всех возможных комбинаций входных уровней показаны в табл. 5.7-5.11.

Название каждого логического элемента происходит от логики, которой подчиняется формирование его выходного сигнала. К примеру, на выходе элемента И сигнал принимает состояние с высоким уровнем напряжения только тогда, когда оба входа (вход первый И вход второй) сами имеют высокие уровни сигнала. А, например, для элемента ИЛИ выходной сигнал равен логической 1 тогда, когда равен 1 один ИЛИ другой входной сигнал. Схемотехнические символы, которыми обозначаются логические элементы на принципиальных схемах, будут приведены в главе 6.

Как правило, каждая интегральная микросхема содержит в одном корпусе сразу несколько логических элементов. Например, можно без труда найти ИС, состоящую из четырех элементов И с двумя входами каждый (счетверенный 2-входовый И). Для определения у такой ИМС назначения выводов, необходимо найти в спецификации цоколевку, в которой указываются номера всех выводов: входов, выходов, питания и земли. Эта информация вместе со структурной схемой ИС и поможет принять решение — подходит ли данная микросхема для применения в данной конкретной задаче.

При покупке микросхемы следует убедиться, что она имеет количество выводов, необходимое для вашего проекта. Также не стоит забывать, что существуют, например, 3-входовые логические элементы (их можно найти у большинства производителей).

Многие более сложные микросхемы состоят из разного количества простых логических элементов, объединенных с целью выполнения каких-то специфических функций, как, к примеру, счетчики или дешифраторы. Работая с такими ИМС, можно посмотреть в спецификации структуру схемы, чтобы понять, как работают отдельные части такой схемы, и лучше разобраться в назначении каждого вывода.

Контроль частоты кварцевых резонаторов и индуктивных контуров

Как катушки индуктивности, так и кристаллы кварца имеют самое непосредственное отношение к частоте. Так, индуктивности используются для вырезания всех частот, кроме заданной (этот метод широко применяется при настройке радиоприемника на конкретную станцию). Кварцевые резонаторы, в свою очередь, служат для генерации колебаний на определенной частоте.

Накопление энергии в катушках индуктивности

Пожалуй, любой, кто хоть раз пересекал страну на автомобиле, знает, как раздражает, когда с таким трудом найденная радиостанция пропадает из эфира каждые пятнадцать минут. Но что же происходит в середине радиоприемника, настроенного на определенную волну (хотя и ненадолго)?

Индуктивность и все ее названия

Часто можно услышать, как катушки индуктивности называют просто индуктивностью или дросселем, все эти термины можно употреблять взаимозаменяемо, но для инженера-разработчика они не всегда имеют одинаковый смысл. Так, катушки индуктивности используются для получения резонанса нл определенной частоте, а дроссели — для режекции (подавления) некоторого частотного диапазона. Однако в данной книге мы будем употреблять общий термин катушка индуктивности, невзирая на все эти не столь уж большие отличия.

Каждая радиостанция излучает электромагнитные волны на строго определенной частоте. При изменении радиоволны на самом деле происходит изменение этой частоты при помощи подстройки переменных электронных компонентов таким образом, чтобы все другие частоты отсекались.

Так какие же радиодетали служат для режекции всех частот, кроме вашей любимой "сто и сколько-то" мегагерц? Для этой цели как раз и применяются катушки индуктивности (или дросселя), объединенные с конденсаторами в один контур для фильтрации всех частот за исключением требуемой.

Катушки индуктивности широко применяются и в других областях электроники, например, во всех более-менее качественных источниках питания дроссели служат для уменьшения 50-герцевого шума, который приходит из входной линии 220 В переменного тока.

 Сама индуктивность является свойством проводника, свернутого в кольцо, запасать в электромагнитном поле, окружающем дроссель при протекании через него тока, энергию. Величины индуктивности измеряются в генри (Гн), фактически же в миллигенри (тысячных долях Гн) и микрогенри (миллионных долях). Значение индуктивности катушки служит мерой запасенной энергии. Катушки также классифицируются по влиянию, которое они оказывают на уменьшение напряжения сигнала переменного тока. (Кроме реактивного сопротивления, в реальных катушках присутствует активная составляющая, т.е. простое сопротивление, как у резистора. У идеальной же катушки она равна 0, а присутствует только реактивная (частотозависимая) составляющая. —Примеч. ред.) Для оценки этого фактора существует система маркировки, аналогичная цветовой маркировке на резисторах, речь о которой шла в главе 4. На многих катушках, особенно с большими номиналами, печатают значение индуктивности в микрогенри. Они выпускаются самых разнообразных форм и размеров. Меньшие же катушки зачастую выглядят как маломощные резисторы, да и маркировка их похожа.

Индуктивности также могут быть постоянными и переменными. Независимо от типа, они представляют собой проводник, намотанный вокруг сердечника из непроводящего материала. Количество витков и диаметр провода, а также материал сердечника и определяют значение индуктивности постоянной катушки; у переменной же есть небольшой диск, вращая который, можно подстраивать количество витков, а значит, и саму индуктивность.

Сердечник катушки может выполняться из феррита или какого-то другого материала, включая воздух (чаще всего это или феррит, или воздух).

Частота кварцевого резонатора

При срезе под определенным углом кристалла кварца он начинает резонировать на определенной частоте. Такие кристаллы широко применяются в электронных схемах, например, в качестве осцилляторов для тактирования микроконтроллеров. Да и другие микросхемы также довольно часто нуждаются в кварце.

Частота кристаллов измеряется в мегагерцах (МГц); подробнее о единицах измерения рассказано в главе 1. Каждый кристалл упакован в пластиковый или металлический корпус и имеет два вывода, при помощи которых он подключается к схеме. Формы корпусов таких осцилляторов бывают довольно разнообразными.

Хотя этот совет и может показаться очевидным, при покупке кристалла необходимо убедиться, что для данной схемы нужен осциллятор именно такой частоты.

Детектирование

Существуют электронные элементы, которые при детектировании ими некоторого явления (скажем, изменения температуры до какого-то уровня) выполняют определенное действие (например, включают свет). Они называются сенсорами или детекторами. В этом разделе будет рассказано о типах сенсоров, с которыми можно иметь дело в разных электронных проектах.

Кто видит свет?

Среди стандартных радиоэлементов, речь о которых шла в предыдущих главах (а именно — в главе 4), есть такие, которые имеют важное и интересное свойство: зависимость характеристик от света. Производители радиоэлектронных элементов выпускают специальные резисторы, диоды и транзисторы, чувствительные к свету; сигнал на этих компонентах меняется соответственно количеству попадающего на элемент освещения. Светочувствительные компоненты можно использовать как сенсоры в охранной сигнализации, системах контроля и автоматического освещения, средствах коммуникации. К примеру, можно сделать датчик, который бы следил за тем, чтобы, когда машина выезжает из гаража, автоматические двери случайно не закрылись. Для дистанционного управления телевизором (оно ведь используется каждый день, не правда ли?) в телевизионном приемнике есть светочувствительный транзистор или диод, который и получает сигналы с пульта.

Ниже приведен миниобзор свойств светочувствительных резисторов и транзисторов.

> Светочувствительные резисторыназываются фоторезисторами или просто фотоэлементами . Их сопротивление меняется в зависимости от количества падающего света. Типичный фотоэлемент наиболее чувствителен в диапазоне видимого света, особенно в желто-зеленом диапазоне спектра.

> Светочувствительные транзисторы и диоды называются соответственно фототранзисторами и фотодиодами. По внешнему виду они абсолютно идентичны, поэтому в ящике стола их следует держать в разных отделениях. Эти элементы наиболее чувствительны к невидимому инфракрасному освещению (фактически — к теплу). Инфракрасные излучатели и светоприемники применяют в системах дистанционного управления.

В этой главе о светочувствительных элементах мы рассказали только основные сведения, но в главе 14 можно будет узнать о них значительно подробнее из интересных проектов, в которых используются фотоэлементы.

Детекторы движения

Легче всего увидеть детектор движения в действии, когда при приближении к крыльцу соседа неожиданно включается свет. Подобные интеллектуальные системы используются во многих домах, школах и магазинах для автоматического управления освещением или в качестве охранной сигнализации.

В большинстве детекторов движения используется техника, которая получила название пассивного инфракрасного детектирования и обычно использует напряжение 220 В. Как правило, такие системы монтируются на стену или на потолок, откуда они охватывают практически весь объем охраняемого помещения.

Если в устройстве используется питание от батареек, следует иметь компактный детектор движения, работающий от 5 В. Такие сенсоры можно приобрести у фирм, занимающихся продажей и установкой систем безопасности.

Внутри головки детектора движения

Внутреннее строение пассивного инфракрасного сенсора движения — весьма простое устройство. Детектор содержит два кристалла, линзу и небольшую электронную схему. Когда инфракрасный свет (который излучает любое нагретое тело, в том числе и человек) попадает на кристалл, тот генерирует электрический заряд. Поскольку любой человек, двигающийся в поле зрения сенсора, также испускает тепловые волны, сенсор движения легко зарегистрирует его присутствие.

Типичный сенсор движения имеет три вывода: на землю, на положительный источник питания и собственно выход сенсора. При 5-вольтовом питании детектора и при условии, что в поле зрения сенсора отсутствуют нагретые предметы или люди, напряжение на его выходе будет близким к 0 В. Если же фиксируется какое-то движение, то напряжение на выходе подскакивает до уровня питания (5 В).

Не стоит покупать пассивный инфракрасный сенсор отдельно от датчика. Сам сенсор не оснащен линзой, которая присутствует в полном датчике, но именно благодаря ей датчик способен улавливать движение, а не просто присутствие в радиусе обзора какого-то тела.

Другие типы детекторов движения

В случае, если вы заинтересовались системами наблюдения и хотели бы узнать о них больше, мы очень кратко рассмотрим другие типы сенсоров.

> Активные инфракрасные сенсоры движения. В них используются светоизлучающий светодиод и фотоприемник инфракрасного диапазона. В качестве последнего используется, к примеру, фототранзистор; он генерирует ток, когда на него попадает инфракрасный свет. Если кто-то пересекает пространство между светодиодом и фотоприемником, транзистор перестает генерировать ток, поскольку на пути света возникает препятствие. Такие сенсоры представляют собой всего-навсего разновидность электрического глаза, который отлично помнят поклонники фильмов про Джеймса Бонда, особенно те, кому за 40. Эффективно подобные датчики можно использовать только в пространствах с постоянным движением, например, в помещениях.

> Ультразвуковые сенсоры движения. Такие детекторы генерируют ультразвуковые колебания, которые отражаются объектами помещения. Если в комнате ничего или никто не двигается, ультразвуковая волна возвращается назад в датчик без изменения. Однако, как только кто-то или что-то совершит движение, волновая картина исказится, и это изменение включит сигнал тревоги. Подобные сенсоры вряд ли стоит использовать вместо обычных пассивных инфракрасных детекторов, если только ультразвуковая электроника не входит в зону ваших интересов.



Тепло, теплее, горячо: сенсоры температуры

Представьте себе — холодный зимний вечер, вы лежите в теплой кровати у себя дома. Внезапно вы слышите посторонний звук — но нет, это не пришел менеджер по продажам какой-то ерунды, это просто автоматически включился котел автономной системы отопления. Термостат в комнате активировал котел, поскольку температура окружающей среды в помещении упала ниже заданной температуры.

 Термостат, используемый в подобных системах, представляет собой спиральную металлическую полоску (она называется  биметаллической лентой), которая сжимается при уменьшении температуры. Если эта спираль сожмется до точки, соответствующей определенной температуре, она переместит ключ и, соответственно, активирует автоматику котла. Это простейший и наиболее распространенный тип сенсора температуры, который применяется в различных электрических устройствах, в том числе и в термостатах. Существуют и другие типы датчиков температуры: термопары, полупроводниковые и инфракрасные сенсоры, термисторы. Все они, в отличие от биметаллического детектора, измеряют температуру электрически, а не механически.

 Чтобы облегчить жизнь начинающему радиолюбителю, мы бы порекомендовали использовать в тех проектах, где требуется измерять температуру, термисторы — поскольку они проще в использовании по сравнению с теми же термопарами или инфракрасными детекторами.  Термистором называется резистор, сопротивление которого зависит от температуры.

Другие методы измерения температуры

Только что в тексте упоминались температурные сенсоры, работающие на принципах электричества. Сейчас пришло время кратко описать их характеристики для наиболее любознательных читателей.

Полупроводниковые сенсоры температуры. После термисторов это, наверное, простейшие в использовании детекторы температуры. Наиболее распространенные сенсоры состоят из пары транзисторов. Сигнал с выхода сенсора зависит от температуры.

Термопары. Этот тип сенсора генерирует напряжение, изменяющееся с температурой. Термопара состоит из двух проводов из разных металлов (к примеру, один — из меди, второй— из сплава меда, с никелем, сваренных или спаянных в одной точке. Такой сплав разных металлов приводит к появлению разности потенциалов, зависящей от внешней температуры. Термопары можно использовать для измерения очень высоких температур: сотен и даже тысяч градусов.

Инфракрасные сенсоры температуры. Такие сенсоры измеряют поток инфракрасного света, испускаемого нагретыми объектами. Подобные детекторы особенно удобно использовать тогда, когда необходимо помещать сенсор на расстоянии от объекта, температуру которого нужно измерять, - к примеру, когда объект окружён коррозионной средой. На промышленных объектах и в научных лабораториях они используются широко, наряду с термопарами.

Вернемся к термисторам. Они делятся на две группы.

> Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом. Сопротивление термисторов данного типа уменьшается с ростом температуры.

> Термисторы с положительным температурным коэффициентом. У этих термисторов сопротивление с ростом температуры увеличивается.

На термисторе, как правило, указывается, к какому типу он относится; если же такая маркировка вдруг отсутствует, то его тип можно выяснить и самостоятельно в процессе калибровки, определяя, увеличивается или уменьшается сопротивление с ростом температуры.

В каталогах продавцов радиоэлементов сопротивление термисторов обычно приводится при температуре 25 °С. При измерении сопротивления самостоятельно мультиметром (см. главу 9) эту процедуру следует провести на нескольких температурах; эти измерения помогут откалибровать термистор по шкале. Если же детектор должен включать или отключать какой-то элемент схемы при заданной температуре, то совершенно необходимо как можно точнее измерить его сопротивление в данной точке. Термисторы имеют два вывода и не имеют полярности, так что можно не волноваться, какой именно вывод присоединить к положительному потенциалу.

Вибрации двигателя постоянного тока

Задумывались ли вы когда-нибудь, каким образом может вибрировать мобильный телефон? Нет, внутри у него нет никаких прыгающих насекомых: в качестве вибратора используется двигатель постоянного тока. Моторы, работающие от постоянного тока, могут преобразовывать электрическую энергию, например, батарейки, в механические колебания. Это движение может использоваться для поворота колес робота или для создания тех же вибраций телефона. Фактически двигатель постоянного тока можно применять везде, где требуется получать механические движения.

Важнейшую часть мотора составляет электромагнит, да и весь мотор, если разобраться, состоит из электромагнита, вращающегося на оси между двумя постоянными магнитами (рис. 5.8).

Положительный и отрицательный выводы батареи подсоединяются к двигателю так, чтобы каждый конец электромагнита имел одинаковую полярность с находящимся рядом с ним постоянным магнитом. Полюса постоянных магнитов воздействуют на электромагнит таким образом, что тот начинает вращаться вокруг своей оси вследствие неустойчивости своего положения. Как только электромагнит поворачивается на 180 градусов, его положительный и отрицательный полюса меняются местами с исходными, и магнит продолжает свое вращение вокруг оси. Полярность подключения меняется при помощи нехитрого устройства, состоящего из коллектора (сегментированного колеса, каждый сегмент которого подключен к противоположному полюсу электромагнита) и металлических щеток, которые касаются коллектора и, таким образом, изменяют полятность.

Коллектор вращается вокруг оси, а щетки находятся в фиксированном положении: одна подключена к положительному выводу батареи, вторая — к отрицательному. Поскольку ось двигателя и, следовательно, коллектор постоянно вращаются, сегменты последнего попеременно касаются только одной щетки с определенным зарядом. Это, в свою очередь, приводит к изменению полярности электромагнита.

Если вам непременно хочется самому понаблюдать за описанным механизмом работы электродвигателя постоянного тока, можно купить за несколько рублей дешевый моторчик и разобрать его на части.

Ось двигателя постоянного тока совершает несколько тысяч оборотов в минуту — многовато для большинства реальных приложений, поэтому очень часто моторы оснащают и продают с инерционным механизмом передачи (например, червячного типа), которое позволяет уменьшить скорость вращения вала до сотен оборотов в минуту (об/мин). Такой же метод используется в автомобилях для переключения скоростей в коробке передач.

В каталогах производителей электродвигателей указываются некоторые технические характеристики. Основными являются две из них.

> Скорость вращения: указывается в оборотах в минуту (об/мин, или rpm— revolutionsperminute). Это основная величина, которую нужно учитывать при подборе мотора для своих нужд. К примеру, для вращения колес управляемого игрушечного автомобиля вполне достаточно 60 об/мин, т.е. 1 оборота в секунду.

Рабочее напряжение: указывается диапазон напряжений. В электронике удобно применять моторы, рабочие напряжения которых лежат в диапазоне от 4,5 до 12 В. Также следует проверить номинальное напряжение двигателя и количество оборотов в минуту для этого значения. Если подать на мотор напряжение, которое меньше номинального, то его вал будет вращаться на оборотах, более низких, чем указано для номинала.

Двигатели постоянного тока имеют два вывода (к которым припаиваются внешние провода): один для подключения к положительному, второй— отрицательному потенциалу. Для того чтобы двигатель заработал, достаточно просто подать на него требуемое напряжение постоянного тока и, соответственно, выключить ток, чтобы остановить вращение.

 Для более эффективного контроля скорости вращения вала мотора можно использовать метод, известный под названием  широтно-импулъсной модуляции (ШИМ). Данный метод заключается в подаче на мотор напряжения не постоянно, а короткими импульсами. Чем больше заполнение интервала импульсами напряжения (и, соответственно, короче промежутки между этими импульсами), тем быстрее вращается вал мотора. Если необходимо собрать устройство с контролем скорости вращения вала, например, робота, то скорость должна контролировать электроника, используя, скажем, ту же ШИМ.

Если к валу мотора присоединяются колеса, вентилятор или лопасти миксера, перед включением обязательно следует убедиться, что эти элементы присоединены безопасно. Если этого не сделать, то детали могут слететь с вала и ударить вас или стоящих рядом людей.

Не пошуметь ли немножко?

 Возможно, время от времени вы задавали себе вопрос: что же такое звук?  Звук представляет собой всего-навсего колебания воздуха. При разговоре, к примеру, голосовые связки человека вибрируют, в результате чего возникают звуковые волны, распространяющиеся в воздухе и достигающие ушей собеседника.

В электронике для создания звука используются громкоговорители и генераторы звука. На самом деле электроника представляет собой весьма шумную дисциплину по сравнению с другими: можно слушать музыку, пищать, заставлять выть сирены и издавать другие звуки. В следующих подразделах мы исследуем большинство устройств, позволяющих проделать все эти трюки и, наконец, услышать "голос" вашего проекта.

Говорит громкоговоритель

Большинство громкоговорителей, или динамиков, состоит из постоянного магнита, электромагнита и конуса. На рис. 5.9 показано, как эти составные части образуют одно устройство.

К конусу громкоговорителя (он называется диффузором) крепится электромагнит. Когда через него протекает электрический ток, он или приближается к постоянному магниту, или отталкивается от него (если ток течет в противоположном направлении). Движение электромагнита заставляет дрожать диффузор, т.е. создавать звуковые колебания.

Частоты, на которых громкоговоритель может вещать, измеряются в герцах (Гц) и килогерцах (кГц). Человеческое ухо способно воспринимать звуки в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. В зависимости от размеров и строения громкоговорителя, он способен создавать звуки в той или иной области частот. К примеру, в стереоаппаратуре используется один динамик для генерации низких частот (басов) и другой для генерации высоких. Однако, если для какой-то задачи нужно простое устройство, воспроизводящее звуки, не стоит серьезно заботиться о выборе громкоговорителя и его частотном диапазоне. Разве только если проект заключается в построении супер-пупер-высококлассной аудиосистемы, можно позволить себе потратить значительное время и средства на исследования и подбор динамиков.

Применение единиц Гц и кГц рассматривается более детально в главе 1.

Генераторы звука

 Согласитесь, пищалки— это круто! Они могут использоваться для всего на свете: апример, для предупреждения о том, что  кто-то зашел в комнату, или для того, чтобы сгонять не в меру заигравшегося кота с обеденного стола.

Как работает генератор звука

Вот как работают простейшие генераторы звука (зуммеры): на пьезоэлектрический кристалл подается напряжение, которое заставляет этот кристалл сжиматься или расширяться. Если подсоединить к такому кристаллу диафрагму, то изменения напряжения приведут к ее вибрации, что, в свою очередь, вызовет звуковые колебания. Такие генераторы называют пьезоэлектрическими; все они основаны на пьезоэлектрическом эффекте: способности некоторых кристаллов (например, кварца или топаза) претерпевать механические изменения под воздействием электрического тока.

Есть и такие генераторы, в которых используется электромагнит. Однако для начала мы рекомендуем ограничиться пьезоэлектрическими зуммерами, просто, чтобы уменьшить количество движущихся частей.

Пищалки имеют два вывода и богатый ассортимент внешних исполнений. Пара простейших и самых распространенных из них изображена на рис. 5.10. Чтобы правильно подать напряжение на кристалл, необходимо убедиться, что положительный потенциал подается на красный провод.

Чья пищалка громче?

Зуммер генерирует звук на одной-единственной частоте; в спецификации, однако указывается несколько параметров.

Частота генерируемого звука: большинство генераторов формируют звуковые колебания на частотах от 2 Гц до 4 кГц. Именно на них человеческий слух воспринимает звуки лучше всего.

> Рабочее напряжение и диапазон допустимых напряжений: просто следует убедиться, что генератор работает от напряжений, которые выдает схема подключения.

Уровень звука в децибелах (дБ): чем выше число децибел, тем громче звук издает генератор. Аналогично, чем выше напряжение, подаваемое на него (естественно, в диапазоне допустимых напряжений), тем, снова же, громче звук. (Децибелы служат для измерения ослабления/усиления сигналов относительно какого-то уровня. Для амплитуд сигналов справедлива формула N дБ = 20 lg (Aj/A2), где Aj и А2 — амплитуды сигналов. — Примеч. ред.)

 Следует убедиться, чтобы громкость звука генератора лежала в диапазоне, в котором он не может нанести повреждения слуху. При уровне звука примерно 85 дБ и выше начинается раздражение слухового нерва. (Это утверждение основано на том факте, что постоянно действующий на протяжении длительного времени громкий звук может привести к нарушениям слуха. Однако уровень 85 дБ соответствует шуму взлетающего рядом самолета, и ни один зуммер не воспроизведет колебания такой мощности. — Примеч. ред.)